微生物培养箱温湿度控制技术

在微生物培养箱研究早期，由于温度和湿度控制经常出 现串扰，因此有技术人员提出了将温度和湿度单独进行控制 的设想。该设想将微生物培养箱的整个控制系统改为双闭环 控制，系统设定“温度”为优先级控制，当温度调控到目标值 后，再调节培养箱内湿度值。由于双闭环控制避免了温度、湿 度相互影响，可以保证温湿度都达到预期的控制要求。但是现 阶段这种设想还处于试验阶段，具体的应用效果还有待进一 步的验证和优化。

目前，比较成熟的微生物培养箱温湿度控制技术，是借助 于设备内置的单片机（小型计算机），通过人为录入程序，根据 程序算法对培养箱内的温湿度进行控制。同时，在培养箱内部 安装多个传感装置，这些传感器可以分别收集温度信号、湿度 信号，然后将其转化为二进制信号被单片机所识别。单片机根 据程序指令，自动微调温度和湿度，精确值可以满足微生物培 养的要求。这种基于程序算法的温湿度控制技术，虽然具有一 定的应用优势，但是对硬件要求较高。

PID 控制器是一种典型的反馈回路控制装置，前端数据采 集器将收集到的信号传递到控制单元中，与控制单元内部数据 库的存储信息进行比较，然后将两者之间的差值作为新的输入 值，完成参数的调整。就目前来看，市场上 70% 左右的微生物 培养箱，都是采用这种传统 PID 控制算法。这种算法的应用优 势在于具有较强的自适应能力，可以通过技术人员编写的调控 指令，对不同型号、参数的微生物培养箱进行动态调整，从而提高了经济利用价值。但是随着新技术的应用，这种基于传统算 法的控制技术，也逐渐暴露出一些问题，例如信息化程度不高， 尤其是在一些温湿度要求精度较高的条件下，传统 PID 算法由 于精度达不到要求，而难以满足微生物培养的需要。

微生物对于培养箱内环境变化的敏感程度较高，尤其是那 些具有较高科研价值或经济价值的微生物，如果因为温湿度控 制不当导致微生物大量死亡或科研工作失败，将会造成严重的 损失。因此，在传统 PID 控制算法的基础上，近年来技术人员 致力于进行技术改良，克服传统 PID 控制算法的缺陷。智能 PID 控制算法结合了近年来蓬勃发展的人工智能技术，其应用 优势主要体现在三个方面：第一，融入了模糊算法，可以更加便 捷、自动地调整控制变量，使温度、湿度值的精确性满足微生物 培养要求；第二，对硬件设备的要求降低，无形中降低了技术成 本；第三，可以利用智能控制实现外部硬件设备联动，除了可以 应用于微生物培养外，还可以应用到其他控制环境中。